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金属的表面强化工艺

仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。
缝纫机用氮化件
经氮化的机车曲轴
滲氮与滲碳相比:
滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳层,硬度可达69~72HRC,且 在600~650℃高温下仍能保持较高硬度;
滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性;
滲氮后不需再进行热处理,可避免热处理带来的变形和其 他缺陷;
滲氮温度较低。
只适用于中碳合金钢,需要较长的工艺时间才能达到要求 的滲氮层。
二次加热为Ac1+30-50℃,细化表层。
渗碳后的热处理示意图
常用方法是渗碳缓冷后,重新加热到Ac1+30-50℃淬火+低温 回火。此时组织为:
表层:M回+颗粒状碳化物+A’(少量) 心部:M回+F(淬透时)
M+F
渗碳淬火后的表层组织
⑥钢的氮化 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。 ⑴氮化用钢 为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中
回火索氏体 索氏体
③表面淬火后的回火 采用低温回火,温度不高于200℃。 回火目的为降低内应力,保留淬火高硬度、耐磨性。 ④表面淬火+低温回火后的组织 表层组织为M回;心部组织为S回(调质)或F+S(正火)。
感应加热表面淬火 感应淬火机床
⑤表面淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热: 利用交变 电流在工件表面感应巨大 涡流,使工件表面迅速加 热的方法。
复合镀:电镀或化学镀的溶液中加入适量金属或非金属微粒,借助于强 烈的搅拌,与基质金属一起均匀沉积而获得特殊性能镀层的表面强化方 法。 应用:对材料有特殊要求。原子能工业和航天航空工业
金属覆盖层(电镀)
电镀 electroforming:
• 利用电解在制件表面形成均匀、致密、结合良好的 金属或合金沉积层的过程。
渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。发兰、磷 化可以归为表面处理,不属于化学热处理。
化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基 本过程。
①化学热处理的基本过程 ⑴介质(渗剂)的分解: 分解的同
时释放出活性原子。 如:渗碳 CH4→2H2+[C]
氮化 2NH3→3H2+2[N] ⑵工件表面的吸收: 活性原子向 固溶体溶解或与钢中某些元素形 成化合物。
钢的化学热处理
二、表面形变强化
表面形变强化指使钢件在常温下发生塑性变形,以 提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布的表 面强化工艺。
工艺简单,成本低廉,是提高钢件抗疲劳能力,延 长其使用寿命的重要工艺措施。
1、喷丸
喷丸强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上,犹如 无数个小锤锤击金属表面,使零件表层和次表层发生一定的 塑性变形而实现强化的一种技术。
轴 的 感 应 加 热 表 面 淬 火
①表面淬火用材料 ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。 含碳量过低,则表面硬度、耐磨性下降。 含碳量过高,心部韧性下降; ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。
机床导轨
表面淬火齿轮
②预备热处理 ⑴工艺: 对于结构钢为调质或正火。 前者性能高,用于要求高的 重要件,后者用于要求不高 的普通件。 ⑵目的: 为表面淬火作组织准备; 获得最终心部组织。
类型 代号 名称
典型外观
膜层表面密度
ΡA/(g/m2)
A 光亮膜 B* 漂白膜 C 彩虹膜 D 不透明膜 F 黑色膜
透明,透明至浅蓝色 带轻微彩虹色的白色
偏黄的彩虹色 橄榄绿 黑色
ΡA≤0.5 ΡA≤1.0 0.5<ΡA<1.5 ΡA>1.5 0,5≤ΡA≤1.0
注:此表中对铬酸盐涂层的描述不一定指色漆和清漆附着的改善.所有的铬酸 盐膜可能含有或不含有六价铬离子.
抛/磨光后提供好的填平效果
复古镀铜打火机
钢铁工件防护—装饰镀层的底层或中间层,以提高基体
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镀锌特点
机械保护作用 阴极保护 装饰外观 成本低廉 弹性好
锌镀层
硬度低,不耐磨 锌离子对人体有 害 钝化处理可提高 镀层保护性能
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电镀锌应用
镀锌桥架
富士康热浸镀锌机箱
广泛用于钢铁零部件和结构件的防护镀层。近年来,使 用热浸镀锌表面对防腐能力非常强,但其价格相对很高。
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锌镀层钝化铬酸盐转化膜的类型,外观和表面密度
低碳钢渗碳缓冷后的组织
⑤渗碳后的热处理 淬火+低温回火, 回火温度为160-180℃。淬火方法有: ⑴ 预冷淬火法 渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。
渗碳后的热处理示意图
⑵一次淬火法:即渗碳缓冷后重新加热淬火。 ⑶ 二次淬火法: 即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50℃,细化心部;第
渗碳气氛中渗碳。 渗剂为气体 (煤气、液化气等)
或有机液体(煤油、甲醇等)。 优点: 质量好, 效率高; 缺点: 渗层成分与深度不易控

气体渗碳 法示意图
⑵ 固体渗碳法 将工件埋入渗剂中,装箱密封后在高温下加热渗碳。
渗剂为木炭。
优点:操作简单;
缺点:渗速慢,劳动条件差。
⑶ 真空渗碳法
碳钢。 常用钢号为38CrMoAl。 ⑵氮化温度为500-570℃ 氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。
井式气体氮化炉
⑶常用氮化方法 气体氮化法与离子氮化法。 气体氮化法与气体渗碳法类似,
渗剂为氨。 离子氮化法是在电场作用下,
使电离的氮离子高速冲击作为 阴极的工件。与气体氮化相比, 氮化时间短,氮化层脆性小。
与表面淬火相比,化学热处理不仅改变钢的表层组织,还改 变其化学成分。
化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同,化学热处理可分为渗碳、氮化、多元
共渗、渗其他元素等。
渗 碳 回 火 炉
可控气氛渗碳炉
常用的化学热处理:
渗碳、渗氮(俗称氮化)、碳氮共渗(俗称氰 化和软氮化)等。
EASILY BUFFED 容易抛光 GOOD ELONGATION 好的延展性 GOOD MICROTHROW 好的微观均镀性 MACHINEABLE 好的机械加工性能 GOOD ELECTRICAL ONDUCTIVITY
好的电导性
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电镀铜应用
180 Grit Scratches
Mirror Smooth Surface
原理:
• 在含有欲镀金属的盐类溶液中,以被镀基体金属为 阴极,通过电解作用,使镀液中欲镀金属的阳离子 在基体金属表面沉积出来,形成镀层。
常见形式:
• 镀铜、镀镍、镀金、镀银、镀锌、镀铬等等。
电镀原理
电镀时,镀层金属或其他不溶性材料做阳极,待镀的工 件做阴极,镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀 层。为排除其它阳离子的干扰,且使镀层均匀、牢固,需用 含镀层金属阳离子的溶液做电镀液,以保持镀层金属阳离子 的浓度不变。
*此为两步骤工艺
镀锌层非转化后处理标识
代号 T1 T2 T3 T4 T5
处理类型 涂覆涂料,油漆,粉色末涂层或类似材料
涂覆有机或无机封闭剂 有机染色
涂动物油脂或油或其他润滑剂 涂蜡
锌电镀件的标识
标识
可能出现在工程图、订购单、合同或详细的产品说明中。
标识按顺序
• 明确指出基体材料、降低应力要求、底镀层的类型和厚度(有底镀层时)、锌电镀层的厚 度、镀后热处理要求、转化膜的类型和/或辅助处理。
一、表面热处理
1、表面淬火 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及
心部组织情况下,利用快速加热将表层奥氏体化 后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。
表面淬火目的: ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下,具有足够的
塑性和韧性。即表硬里韧。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
离子氮化炉
⑷氮化的特点及应用 氮化件表面硬度高(69~72HRC),耐磨性高。 疲劳强度高。由于表面存在压应力。
氮 化 层 组 织
38CrMoAl氮化层硬度
工件变形小。原因是氮化温度低,氮化后不需进行热处理。 耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。 氮化的缺点:工艺复杂,成本高,氮化层薄。 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如
示例3:同示例2,但工件在镀前进行降低应力热处理,200℃下持续最短时间为3h。
• 其标识为: 电镀层GB/T 9799-Fe/SR(200)3/Zn25/ER(190)8/D/T2
镀铜特点
铜镀层
BRIGHT 光亮 GOOD LEVELING 好的 填平 DUCTILE 延展性好 STRESS FREE 无应力 FINE GRAIN DEPOSITS 镀层结晶细致
应用:形状较复杂的零件 在磨削、电镀等工序后进行
2、液压处理
利用自由旋转的淬火钢滚子对钢件的已加工表面进行滚压, 使之产生塑性变形,压平钢件表面的粗糙凸峰,形成有利的 残余压应力,从而提高工件的耐磨性和抗疲劳能力。
应用:圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件
三、表面覆层
表面覆层强化是通过物理或化学的方法在金属表面 涂覆一层或多层其他金属或非金属的表面强化工艺。
目的:提高钢件的耐磨性、耐蚀性、耐热性或进行 表面装饰。
1、金属喷涂技术 将金属粉末加热至熔化或半熔化状态,用高压气流使其雾
化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂。
利用热喷涂技术可改善材料 的耐磨性、耐蚀性、耐热性 及绝缘性等。
广泛用于包括航空航天、原 子能、电子等尖端技术在内 的几乎所有领域。
⑶原子向内部扩散。
氮化扩散层
②钢的渗碳 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。
⑴渗碳目的

提高工件表面硬度、耐
渗 碳
磨性及疲劳强度,同时
的 机
保持心部良好的韧性。
车 从
⑵渗碳用钢
动 齿
为含0.1-0.25%C的低碳

钢。碳高则心部韧性降
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